一種應用于機械臂上的快速網(wǎng)格化成形工具及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明主要涉及快速成形領域，具體是一種應用于機械臂上的快速網(wǎng)格化成形工具及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的快速成形技術(shù)主要原理是將計算機內(nèi)的三維數(shù)據(jù)模型進行分層切片得到各層截面的輪廓數(shù)據(jù)，計算機據(jù)此信息控制激光器(或噴嘴)有選擇性地燒結(jié)一層接一層的粉末材料(或固化一層又一層的液態(tài)光敏樹脂，或切割一層又一層的片狀材料，或噴射一層又一層的熱熔材料或粘合劑)形成一系列具有一個微小厚度的片狀實體，再采用熔結(jié)、聚合、粘結(jié)等手段使其逐層堆積成一體，便可以制造出所設計的新產(chǎn)品樣件、模型或模具。目前這樣的工藝在強度和精度上都可以達到一個較高的水準，而最大的問題在于加工速度，一個二十多公分的產(chǎn)品動輒十幾個小時的加工時間是目前的各種快速成形設備普遍存在的情況。目前的快速成形設備可以達到很高的加工精度，但某些特殊的時候，精度并沒有那么高的要求，但需要很快的加工速度時，還沒有理想的快速成形設備來滿足這種要求。
[0003]總體來說，目前已有的常見快速成形設備存在的不足之處為:(1)速度十分緩慢；
(2)可加工的尺寸十分有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種應用于機械臂上的進行快速網(wǎng)格化成形工具及方法，可以實現(xiàn)將任意實體的表明進行三角形網(wǎng)格化，然后通過本發(fā)明快速的將網(wǎng)格成形，產(chǎn)生一個與目標形體基本一致的網(wǎng)格體。
[0005]本發(fā)明提出的應用于機械臂上的進行快速網(wǎng)格化成形工具，包括材料擠出裝置、材料加熱裝置、材料冷卻裝置、電子控制器、支架和兩路繼電器，其中:
支架為由上蓋板5、下蓋板7、兩個前后蓋板3、側(cè)蓋板二 6、側(cè)蓋板一 4和頂部連接件2連接組成的框架結(jié)構(gòu)，各個蓋板之間通過預留的孔槽用直角連接件和螺絲相互連接固定，所述支架通過法蘭盤I連接至六軸機械臂上；
電子控制器為單片機8，其通過螺絲固定于側(cè)蓋板二 4外壁上；
材料擠出裝置包括擠出機16和風扇9，風扇9通過螺絲固定于擠出機16上，擠出機16上留有第一進料口和第一出料口 ；擠出機16和風扇9通過支撐片15和螺栓12安裝于下蓋板7外壁上；
材料加熱裝置包括電加熱塊17、熱敏電阻18和噴頭19，電加熱塊17上設有預留孔，熱敏電阻18安裝于電加熱塊17上的預留孔內(nèi)，電加熱塊17上設有第二進料口和第二出料口，第二進料口通過中空螺紋銅管連接擠出機16的第一出料口，噴頭19安裝于電加熱塊17的第二出料口上；電加熱塊17連接至兩路繼電器20的供電輸出端上，熱敏電阻18連接至單片機8上；
材料冷卻裝置包括渦流管10、渦流管固定件11、出風管13和出風管固定件14，渦流管10通過渦流管固定件11和螺絲固定于側(cè)蓋板二 6上，渦流管10的入風口連接高壓氣泵；出風管13插在渦流管10的出風口上，同時通過出風管固定件14固定在支撐片15上，使出風管13的出風口對準噴頭19的噴口處；
單片機8分別連接六軸機械臂的信號輸出端、熱敏電阻18、擠出機16的信號輸入端、兩路繼電器20的控制信號輸入端。
[0006]本發(fā)明提出的應用于機械臂上的進行快速網(wǎng)格化成形工具的方法，具體步驟如下:
(O目標形體三角網(wǎng)格化，生成網(wǎng)格化電子模型；將目標形體通過寫好的基于Grasshopper算法建模平臺的處理模塊對目標形體表面進行三角網(wǎng)格化，得到網(wǎng)格化模型；為使網(wǎng)格化模型有更好的強度，將得到的網(wǎng)格化模型導入到結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件Millipede中進行結(jié)構(gòu)強度模擬和網(wǎng)格密度優(yōu)化，在目標形體強度較脆弱的地方增加網(wǎng)格密度，從而得到最終的網(wǎng)格化電子模型；
(2)設置機械臂加工模塊:將步驟(I)得到的網(wǎng)格化電子模型導入到機械臂輔助軟件KUKAprc中，軟件KUKAprc可以將三角網(wǎng)格化之后的模型轉(zhuǎn)換為機械臂的運動路徑模塊，該運動路徑模塊可以控制機械臂沿三角網(wǎng)格路徑移動；再將控制本快速成形工具工作狀態(tài)的模塊語句輸入至機械臂加工模塊中，即完成機械臂加工模塊的設置；
(3)調(diào)整本工具至工作狀態(tài):本工具的工作過程分為三個部分:材料擠出一材料加熱一材料冷卻，將機械臂加工模塊輸入至機械臂中，運行加工模塊，加工模塊發(fā)出指令，通過機械臂信號輸出端輸出至單片機8，單片機8發(fā)出信號給兩路繼電器20，兩路繼電器20首先開始接通電加熱塊17的供電，電加熱塊17通電后開始升溫，安裝在電加熱塊17上的熱敏電阻18將溫度變化信號轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給單片機8，單片機8監(jiān)控電加熱塊17的溫度，當溫度達到240°C時發(fā)出信號給兩路繼電器20，兩路繼電器20斷開電加熱塊17的供電線路，當溫度低于220°C時，單片機8發(fā)出信號給兩路繼電器20，兩路繼電器20接通電加熱塊17的供電線路；讓電加熱塊17的溫度控制在220°C到240°C之間；電加熱塊17溫度穩(wěn)定后，單片機8發(fā)出指令給兩路繼電器20，兩路繼電器20接通擠出機16的供電線路，擠出機16開始擠出ABS線材，將ABS線材擠入電加熱塊17中，ABS線材通過電加熱塊17時被熔融，然后再通過噴頭19擠出，擠出的熔融ABS被經(jīng)過渦流管10噴出的冷風迅速冷卻凝固定形；
(4)使用機械臂攜帶本工具進行快速成形工作；繼續(xù)運行機械臂加工模塊，機械臂開始攜帶本工具開始沿著加工模塊預設的三角網(wǎng)格化路徑從下往上開始運動，運動過程中，本工具擠出的熔融ABS材料也沿著該路徑凝固定形，運動置路徑轉(zhuǎn)折點時，機械臂停頓I秒，等待擠出的熔融ABS材料完全凝固定形，這I秒中前0.5秒本工具停止擠出ABS材料，后0.5秒恢復擠出ABS材料；在路徑轉(zhuǎn)折點停頓I秒結(jié)束后繼續(xù)運動，直至走完加工模塊預設的全部運動路徑，完成網(wǎng)格化成形。
[0007]由于使用網(wǎng)格化成形和快速冷卻，需要成形的形體可以較快速度的完成成形工作。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:1.由于使用網(wǎng)格化成形和快速冷卻，需要成形的形體可以較快速度的完成成形工作；2.六軸機械臂的運動范圍較大，因此應用于六軸機械臂上的本工具可以完成較大尺寸形體的成形工作，具體的最大尺寸取決于使用的六軸機械臂的工作范圍。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的各部分拆分軸側(cè)圖。
[0010]圖2為本發(fā)明的軸側(cè)圖。
[0011]圖3為本發(fā)明安裝在六軸機械臂上的工作狀態(tài)圖。
[0012]圖4為本發(fā)明的工作流程。
[0013]圖中標號:1為法蘭盤；2為頂部連接件；3為前后蓋板；4為側(cè)蓋板一 ；5為上蓋板；6為側(cè)蓋板二 ；7為下蓋板；8為單片機；9為風扇；10為渦流管；11為渦流管固定件；12為螺栓；13為出風管；14為出風管固定件；15為支撐片；16為擠出機；17為電加熱塊；18為熱敏電阻；19為噴頭；20為兩路繼電器。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0015]實施例1:如圖1和圖2所示，所述工具具體包括材料擠出裝置，材料加熱裝置，材料冷卻裝置，電子控制器和支架五個部分。本發(fā)明中所用到的成形材料為常用3D打印材料ABS0支架由上蓋板5、下蓋板7、兩個前后蓋板3、側(cè)蓋板二 6、側(cè)蓋板一 4和頂部連接件2,各個蓋板均由5_厚亞克力板激光切割加工而成，各個蓋板之間通過預留的孔槽用直角連接件和螺絲相互連接固定，然后整體通過法蘭盤I連接至六軸機械臂上。材料擠出裝置包括擠出機16和風扇9，風扇9通過螺絲固定在擠出機16上，擠出機16上留有第一進料口和第二出料口。擠出機16和風扇9通過支撐片15和螺栓12安裝在下蓋板7上。材料加熱裝置包括電加熱塊17，熱敏電阻18和噴頭19。電加熱塊17連接至兩路繼電器20的供電輸出端上，電加熱塊17上留有孔，熱敏電阻18安裝在電加熱塊17上的孔內(nèi)，熱敏電阻18連接至單片機8上。電加熱塊17上有第二進料口和第二出料口，第二進料口通過中空螺紋銅管連接在擠出機16的第一出料口上，噴頭19安裝在電加熱塊17的第二出料口上。材料冷卻裝置包括渦流管10，渦流管固定件11，出風管13，出風管固定件14。渦流管10通過渦流管固定件11和螺絲固定在側(cè)蓋板二 6上，渦流管10的入風口連接高壓氣泵。出風管13插在渦流管10的出風口上，同時通過出風管固定件14固定在支撐片15上，使出風管13的出風口對準噴頭19的噴口處。電子控制器為單片機8，其通過螺絲固定在側(cè)蓋板一 4上。單片機8連接機械臂的信號輸出端、熱敏電阻18、擠出機16的信號輸